[发明专利]具有金属栅极堆叠的半导体装置及其制造方法

权利要求书

1.一种制造具有金属栅极堆叠的半导体装置的方法，包括：

于一半导体基底上形成一高介电常数介电材料层；

于该高介电常数介电材料层上形成一金属栅极层；

于该金属栅极层上形成一顶栅极层；

图案化该顶栅极层、该金属栅极层及该高介电常数介电材料层以形成一栅极堆叠；

进行一蚀刻工艺以选择性地凹蚀该金属栅极层；以及

于该栅极堆叠的侧壁上形成一栅极间隙壁。

2.如权利要求1所述的制造具有金属栅极堆叠的半导体装置的方法，还包括：

在形成该栅极间隙壁之前于该半导体基底中形成轻掺杂漏极元件；以及

在形成该栅极间隙壁之后形成重掺杂源极/漏极元件。

3.如权利要求1所述的制造具有金属栅极堆叠的半导体装置的方法，还包括在该图案化以形成该栅极堆叠之前于该顶栅极层上形成一图案化掩模层。

4.如权利要求1所述的制造具有金属栅极堆叠的半导体装置的方法，还包括：

于该半导体基底上形成一层间介电层；

对该层间介电层进行一化学机械研磨工艺；

移除该顶栅极层而造成一栅极沟槽；以及

于该栅极沟槽中填充一第二金属栅极层。

5.如权利要求1所述的制造具有金属栅极堆叠的半导体装置的方法，其中该金属栅极层包括氮化钛。

6.如权利要求5所述的制造具有金属栅极堆叠的半导体装置的方法，其中该进行蚀刻工艺包括施予氨水-过氧化氢-水溶液以选择性地蚀刻该金属栅极层。

7.如权利要求5所述的制造具有金属栅极堆叠的半导体装置的方法，其中该进行蚀刻工艺包括施予含氯等离子体以选择性地蚀刻该金属栅极层。

8.一种制造具有金属栅极堆叠的半导体装置的方法，包括：

于一半导体基底上形成一图案化栅极堆叠；

形成源极/漏极元件于该半导体基底中并实质上插介于所述多个源极/漏极元件中；

于该半导体基底上形成一层间介电层；

对该层间介电层进行一第一化学机械研磨工艺；

进行一蚀刻工艺以形成一栅极沟槽，对准于该栅极堆叠并延伸至该层间介电层；以及

以一栅极电极填充该栅极沟槽。

9.如权利要求8所述的制造具有金属栅极堆叠的半导体装置的方法，其中该填充该沟槽包括：

于该栅极沟槽与该层间介电层中沉积一栅极电极层；以及

进行一第二化学机械研磨工艺以移除该栅极电极层的多余部分。

10.如权利要求8所述的制造具有金属栅极堆叠的半导体装置的方法，其中该进行该蚀刻工艺包括施予多个蚀刻步骤以形成具有阶梯轮廓的该栅极沟槽。

11.一种半导体装置，包括：

一源极与一漏极，于一半导体基底中，其中该源极与漏极自该源极至该漏极定义一第一尺寸；以及

一金属栅极堆叠，设置于该半导体基底上并实质上插介于该源极与漏极之间，其中该金属栅极堆叠包括：

一高介电常数介电元件；

一第一金属元件，设置于该高介电常数介电元件上并横跨该第一尺寸中的一第一长度；以及

一第二金属元件，实质上设置于该第一金属元件上并横跨该第一尺寸中的一第二长度，该第二长度大于该第一长度。

12.如权利要求11所述的半导体装置，其中该金属栅极堆叠还包括一第三金属元件，实质上设置于该第二金属元件上并横跨该第一尺寸中的一第三长度，该第三长度大于该第二长度。

13.如权利要求11所述的半导体装置，其中该高介电常数介电元件横跨该第一尺寸中的该第一长度并对准于该第一金属元件。

14.如权利要求11所述的半导体装置，其中该高介电常数介电元件横跨该第一尺寸中的该第二长度并对准于该第二金属元件。

15.如权利要求11所述的半导体装置，其中该第一金属元件包括氮化钛。